CN103760138B - 便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪，其包括样品室、气路系统、激发光源、分光检测系统、显示控制模块、电池及外壳组件。所述激发光源为介质阻挡放电（DBD）等离子体光源，其包括射频电源、电极、绝缘介质，射频电源通过导线分别与两个电极连接，绝缘介质处于两个电极之间。本发明以DBD等离子体作为光源，具有结构简单，成本低，体积小、功耗低等优点，能够方便、实时、快捷地对样品中的金属元素进行检测。

Description

便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪

技术领域

本发明属于分析仪器的光谱仪领域，具体涉及一种便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪。其是大气压下介质阻挡放电（DBD）等离子体作为光源的便携式光谱仪装置。

背景技术

传统的微量金属元素检测方法主要有原子吸收光谱法、原子发射光谱法等，其中，电感耦合等离子体（ICP）作为激发光源的原子发射光谱分析技术以其检测稳定性好、分析灵敏度高、可用于多元素同时检测等优点，成为实验室元素检测最有力的分析手段。然而，这些检测方法仪器昂贵、运行成本高、仪器体积大，因此检测只能在实验室进行，无法满足现场检测的需求。

介质阻挡放电是一种典型的非平衡态交流气体放电。DBD通常采用两种电极结构,平行平板电极结构和同轴圆筒电极结构，其实验装置的特点是两个电极被绝缘电介质隔开，当放电电极施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而形成低温等离子体。DBD等离子体能够使原子产生能级跃迁，当被激发的原子从高能级跃迁回低能级时能量以光辐射的形式放出，就产生了原子发射光谱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、成本低、体积小、功耗小，可用于现场元素分析的便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪，其主要包括样品室、气路系统、激发光源、分光检测系统、显示控制模块、电池及外壳组件；所述分光检测系统包括聚光镜、单色镜、光电转换及信号处理模块；所述的分光检测系统与显示控制模块相连接，并受显示控制模块控制；其特征在于：所述激发光源为介质阻挡放电（DBD）等离子体光源，其包括射频电源、两个电极、管状绝缘介质，射频电源通过导线分别与两个电极连接，管状绝缘介质处于两个电极之间；所述气路系统包括工作气源、三通分流阀、两个气流控制阀，其中三通分流阀直接与工作气源连接，并将工作气源分为两个支路，其中一个支路通过一气流控制阀直接导入DBD等离子体光源的管状绝缘介质内，另一支路通过另一气流控制阀通入样品室；所述电池分别与DBD等离子体光源、分光检测系统、显示控制模块连接，并分别为DBD等离子体光源、分光检测系统、显示控制模块供电；所述样品室与DBD等离子体光源的管状绝缘介质的进气口直接相连。

所述电极可以是平行平板电极结构，也可以是圆环型的金属丝电极，电极材料为导电性能良好的金属材料。

所述的管状绝缘介质为透明材料，管内等离子体部分与分光检测系统之间的光线不被阻挡，以便待测样品元素的发射光谱更好的进入分光检测系统中。

所述的样品室内可直接通入气体样品，也可承载液体或或固体样品。当检测气体样品时，可将气体样品直接通入样品室，继而进入等离子体进行分析；当检测液体或固体样品时，可将样品装入样品室，采用加热蒸发的方式使液体和固体样品转化为气相分子，继而导入等离子体进行分析。

本发明当气体样品或气相分子进入样品室后，待测样品在工作气体的带动下进入DBD等离子体光源的管状绝缘介质内，并接受等离子体的作用，被测样品元素在等离子体中产生特征发射光谱，并依次经聚光镜、单色镜、光电转换及信号处理模块的作用，最终获得样品元素的光谱信息，从而实现对样品元素成分的分析。

本发明以DBD等离子体作为光源，具有结构简单、成本低、体积小、功耗低等优点，能够方便、实时、快捷地对样品中的金属元素进行检测。为微量金属元素的现场分析提供了一种有力的工具，具有广阔的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明的框图示意图。

图2是本发明所述DBD等离子体光源的一种结构示意图

图3是本发明所述DBD等离子体光源的另一种结构示意图。

图中的标号是：1.工作气源，2.三通分流阀，3.气流控制阀，4.DBD等离子体光源，5.聚光镜，6.单色镜，7.光电转换及信号处理模块，8.气流控制阀，9.样品室，10.电池，11显示控制模块；41.射频电源，42.导线，43.电极，44.管状绝缘介质，45.等离子体。

具体实施方式

从图1可以看出，一种便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪，其主要包括样品室9、气路系统、激发光源、分光检测系统、显示控制模块11、电池10及外壳组件；所述分光检测系统包括聚光镜5、单色镜6、光电转换及信号处理模块7。所述的分光检测系统与显示控制模块11相连接，并受显示控制模块控制。

本发明的特点是：所述激发光源为介质阻挡放电（DBD）等离子体光源4，其包括射频电源41、两个电极43、管状绝缘介质44，射频电源41通过导线42分别与两个电极43连接，管状绝缘介质44处于两个电极43之间。如图2、图3所示。

所述气路系统包括工作气源1、三通分流阀2、气流控制阀3和气流控制阀8，三通分流阀2直接与工作气源1连接，并将工作气源1分为两个支路，其中一个支路通过气流控制阀3的流量控制作用可直接导入DBD等离子体光源4的管状绝缘介质44内，另一支路通过气流控制阀8的流量控制作用通入样品室9。

所述的电池10分别与DBD等离子体光源4、分光检测系统、显示控制模块11连接，并分别为DBD等离子体光源4、分光检测系统、显示控制模块11供电；所述样品室9与DBD等离子体光源4的管状绝缘介质44的进气口直接相连，以便样品顺利进入DBD等离子体光源4。

所述电极43可以是平行平板电极结构，也可以是圆环型的金属丝电极，电极材料为导电性能良好的金属材料。

图2是本发明所述的DBD等离子体光源的一种结构示意图。如图2所示，所述的电极43是圆环型的金属电极，电极材料为铜，金属电极外套于管状绝缘介质44的外侧，两电极之间的距离为3cm。所述的管状绝缘介质44为石英玻璃管，石英玻璃管内径为1.5mm，石英玻璃管壁厚0.75mm，石英玻璃管与分光检测系统保持在同一平面上。石英玻璃管内等离子体部分与分光检测系统之间光线不被阻挡，以便待测样品元素的发射光谱更好的进入分光检测系统中。

图3是本发明所述的DBD等离子体光源的另一种结构示意图。如图3所示，所述的电极43为两个平行的大小为3cm*1cm*0.1cm的长方形铜电极板，管状绝缘介质44为石英玻璃管，石英玻璃管处于两个平行电极43之间，且两个平行电极之间的距离为1cm。石英玻璃管管内等离子体部分与分光检测系统之间光线不被平行电极板阻挡。

所述的样品室内可直接通入气体样品，也可承载液体或或固体样品。当检测气体样品时，可将气体样品直接通入样品室，继而进入等离子体进行分析；当检测液体或固体样品时，可将样品装入样品室，采用加热蒸发的方式使液体和固体样品转化为气相分子，继而导入等离子体进行分析。

具体检测时，工作气源1（氦气或氩气）通过三通分流阀2、气流控制阀3及气流控制阀8将气流分成两支路，其中一个支路通入DBD等离子体光源4的石英玻璃的入口，另一支路通入样品室9，在进样之前，开通气流控制阀3，关闭气流控制阀8，同时通过射频电源41对DBD等离子体光源4施加3Kv电压，DBD等离子体光源4的石英玻璃管内产生稳定的等离子体45，然后将气体样品通入样品室9，开启气流控制阀8，关闭气流控制阀3，使待测样品在工作气体的带动下进入DBD等离子体光源4的石英玻璃管内，被测样品元素在等离子体45中产生的特征发射光谱依次经聚光镜5、单色镜6、光电转换及信号处理模块7的作用，最终获得样品元素的光谱信息，从而实现对样品元素成分的分析。

Claims (1)

1.一种便携式介质阻挡放电等离子体光谱仪，其主要包括样品室、气路系统、激发光源、分光检测系统、显示控制模块、电池及外壳组件；所述分光检测系统包括聚光镜、单色镜、光电转换及信号处理模块；所述的分光检测系统与显示控制模块相连接，并受显示控制模块控制；其特征在于：所述激发光源为介质阻挡放电（DBD）等离子体光源，其包括射频电源、电极、管状绝缘介质，射频电源通过导线分别与两个电极连接，管状绝缘介质处于两个电极之间；所述气路系统包括工作气源、三通分流阀、两个气流控制阀，其中三通分流阀直接与工作气源连接，并将工作气源分为两个支路，其中一个支路通过一气流控制阀直接导入DBD等离子体光源的管状绝缘介质内，另一支路通过另一气流控制阀通入样品室；所述电池分别与DBD等离子体光源、分光检测系统、显示控制模块连接，并分别为DBD等离子体光源、分光检测系统、显示控制模块供电；所述样品室与DBD等离子体光源的管状绝缘介质的进气口直接相连；所述的样品室内可直接通入气体样品，也可承载液体或或固体样品，当检测气体样品时，可将气体样品直接通入样品室，继而进入等离子体进行分析；当检测液体或固体样品时，可将样品装入样品室，采用加热蒸发的方式使液体和固体样品转化为气相分子，继而导入等离子体进行分析；所述电极是圆环型的金属丝电极，金属丝电极外套于管状绝缘介质的外侧；所述的管状绝缘介质为透明材料，管内等离子体部分与分光检测系统之间光线不被阻挡。